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衬底偏压对反应磁控共溅射Y: HfO薄膜电学性能的影响

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材料科学与工艺 2022年

作者：张伟奇孙纳纳周大雨大连理工大学材料科学与工程学院三束材料改性教育部重点实验室(大连理工大学)

作为微电子器件中高介电薄膜最具发展前景的材料，HfO薄膜得到了学者们的广泛研究。低漏电流是其使器件获得优良性能的前提，但易受晶粒尺寸、氧空位和粗糙度等因素影响。针对反应磁控溅射所得薄膜表面粗糙度高及漏电流密度大等缺点，... 详细信息

作为微电子器件中高介电薄膜最具发展前景的材料，HfO薄膜得到了学者们的广泛研究。低漏电流是其使器件获得优良性能的前提，但易受晶粒尺寸、氧空位和粗糙度等因素影响。针对反应磁控溅射所得薄膜表面粗糙度高及漏电流密度大等缺点，本文在溅射过程中通过在衬底施加偏压的方法降低了HfO薄膜的漏电流密度。结果表明：通过在衬底施加适当的偏压使得Y掺杂HfO(Y: HfO)薄膜的漏电流密度降低到8×10A/cm。漏电流密度的变化与薄膜粗糙度和晶粒尺寸有关，而薄膜粗糙度和晶粒尺寸主要受衬底偏压的影响，但衬底偏压对薄膜物相的影响可以忽略。通过施加衬底偏压，反应磁控溅射方法制备了低漏电流和高k值Y: HfO薄膜，可为高性能器件的制备提供基础。

关键词：氧化铪薄膜漏电流密度衬底偏压反应磁控共溅射粗糙度

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衬底偏压对四面体非晶碳膜结构和性能的影响

材料研究学报 2004年第1期18卷 76-81页

作者：朱嘉琦孟松鹤韩杰才檀满林哈尔滨工业大学

采用过滤阴极真空电弧技术并施加一定的衬底负偏压,在P(100)单晶硅片上制备出四面体非晶碳薄膜.利用可见光Raman光谱研究薄膜的结构,通过BWF函数描述的单斜劳伦兹曲线拟合数据并获得表征曲线非对称性的耦合系数,从而反映了薄膜中sp图杂... 详细信息

采用过滤阴极真空电弧技术并施加一定的衬底负偏压,在P(100)单晶硅片上制备出四面体非晶碳薄膜.利用可见光Raman光谱研究薄膜的结构,通过BWF函数描述的单斜劳伦兹曲线拟合数据并获得表征曲线非对称性的耦合系数,从而反映了薄膜中sp图杂化的含量.分别用原子力显微镜和纳米压入仪研究薄膜的表面形态和力学性能.结果表明:当衬底偏压为-80V时,薄膜中sp3杂化的含量最多,均方根表面粗糙度值最低(Rq=0.23 nm),硬度、杨氏模量和临界刮擦载荷也最大,分别为51.49 GPa、512.39 GPa和11.72 mN.随着衬底偏压的升高或降低,sp3键的含量减少,其它性能指标也分别降低.

关键词：无机非金属材料四面体非晶碳过滤阴极真空电弧衬底偏压 Raman光谱机械性能

衬底偏压对HWCVD制备纳米晶硅薄膜结晶性的影响

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光电子．激光 2015年第12期26卷 2325-2330页

作者：张磊沈鸿烈尤佳毅钱斌罗琳琳常熟理工学院物理与电子工程学院江苏常熟215500 南京航空航天大学材料科学与技术学院江苏南京211100

通过在热丝化学气相沉积(HWCVD)制备纳米晶硅薄膜过程中施加衬底偏压,研究衬底偏压对HWCVD制备纳米晶硅薄膜结晶性能的影响。利用拉曼(Raman)光谱,X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对所制备的纳米晶硅薄膜的结构性能进行分析。结果... 详细信息

通过在热丝化学气相沉积(HWCVD)制备纳米晶硅薄膜过程中施加衬底偏压,研究衬底偏压对HWCVD制备纳米晶硅薄膜结晶性能的影响。利用拉曼(Raman)光谱,X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对所制备的纳米晶硅薄膜的结构性能进行分析。结果表明,与未施加衬底偏压的薄膜相比,当衬底偏压为-300V时,薄膜的晶化率由42.2%升高至46.2%;当衬底偏压升高至-600V时,晶化率又降至40.6%;未施加衬底偏压与施加-300V偏压的纳米晶硅薄膜表面由长约200nm、宽约100nm的晶粒构成,-600V衬底偏压的薄膜表面晶粒尺寸明显变小,并且出现大量非常细小的晶粒。分析产生上述现象的原因,主要与高温热丝发射电子、电子在电场作用下加速运动并与反应气体、基团碰撞发生能量传递有关。

关键词：纳米晶硅薄膜热丝化学气相沉积(HWCVD) 衬底偏压结晶度

反向衬底偏压下纳米N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管中栅调制界面产生电流特性研究

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物理学报 2013年第18期62卷 486-492页

作者：陈海峰西安邮电大学电子工程学院西安710121

研究了反向衬底偏压VB下纳米N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管中栅调制界面产生(GMG)电流IGMG特性,发现IGMG曲线的上升沿与下降沿随着|VB|的增大向右漂移.基于实验和理论模型分析,得出了VB与这种漂移之间的物理作用机制,漂移现象的产... 详细信息

研究了反向衬底偏压VB下纳米N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管中栅调制界面产生(GMG)电流IGMG特性,发现IGMG曲线的上升沿与下降沿随着|VB|的增大向右漂移.基于实验和理论模型分析,得出了VB与这种漂移之间的物理作用机制,漂移现象的产生归因于衬底偏压VB调节了表面电势φs在栅电压VG中的占有比重:|VB|增大时相同VG下φs会变小,φs的变化继而引发上升沿产生率因子gr减小以及下降沿产生率因子gf增大.进一步发现IGMG上升沿与下降沿的最大跨导GMR,GMF在对数坐标系下与VB成线性关系,并且随着|VB|增加而增大.由于漏电压VD在IGMG上升沿与下降沿中的作用不同,三种VD下GMR-VB曲线重合而GMF-VB曲线则产生差异.增大VD会增强gf随VG的变化,因此使得给定VB下的GMF变大.同时这却导致了更大VD下GMF-VB曲线变化的趋势减缓,随着VD从0.2 V变为0.6 V,曲线的斜率s从0.09减小到0.03.

关键词：产生电流表面势衬底偏压 N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管

基于衬底偏压电场调制的高压器件新结构及耐压模型

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北京理工大学学报 2012年第12期32卷 1279-1282,1287页

作者：李琦唐宁王卫东李海鸥桂林电子科技大学信息与通信学院广西桂林541004

提出一种基于衬底偏压电场调制的薄层硅基LDMOS高压器件新结构,称为SB LDMOS.通过在高阻P型衬底背面注入N^+薄层,衬底反偏电压的电场调制作用重新分配体内电场,纵向漏端电压由源端和漏端下两个衬底PN结分担,器件的击穿特性显著改善.求... 详细信息

提出一种基于衬底偏压电场调制的薄层硅基LDMOS高压器件新结构,称为SB LDMOS.通过在高阻P型衬底背面注入N^+薄层,衬底反偏电压的电场调制作用重新分配体内电场,纵向漏端电压由源端和漏端下两个衬底PN结分担,器件的击穿特性显著改善.求解漂移区电势的二维Poisson方程,获得表面电场和击穿电压的解析式,研究器件结构参数对表面电场和击穿电压的影响.仿真结果表明,与埋层LDMOS相比,SB LDMOS击穿电压提高63%.

关键词：衬底偏压电场调制击穿电压耐压模型

衬底偏压对掺铬类石墨碳膜组织、性能及碳键结构的影响

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机械工程材料 2014年第11期38卷 66-71页

作者：张永宏杨丽雯王玉梅房东明陕西理工学院材料科学与工程学院汉中723000

采用非平衡磁控溅射离子镀技术在不同衬底偏压下沉积了掺铬类石墨非晶碳膜,研究了衬底偏压对其显微组织、硬度、内应力、结合强度和碳键结构的影响,着重分析了衬底偏压对碳膜硬度的影响机理。结果表明:随着衬底偏压增大,掺铬类石墨碳膜... 详细信息

采用非平衡磁控溅射离子镀技术在不同衬底偏压下沉积了掺铬类石墨非晶碳膜,研究了衬底偏压对其显微组织、硬度、内应力、结合强度和碳键结构的影响,着重分析了衬底偏压对碳膜硬度的影响机理。结果表明:随着衬底偏压增大,掺铬类石墨碳膜的显微组织先是趋于致密化,偏压过大时则会形成受损的凝絮状结构,而碳膜的硬度、内压应力和结合强度均先增后减;碳膜的硬度和内压应力在-90V偏压下达到最大,分别为3 295HV和1.133GPa,此时的碳膜具有最致密的显微组织和最高含量的sp3碳组分;碳膜的结合强度则在-65V偏压下达到最大,其临界载荷为53.8N;掺铬类石墨碳膜硬度的变化与碳膜的碳键结构、内应力和显微组织的演变存在明显的相关性。

关键词：非晶碳膜衬底偏压碳键结构硬度

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衬底偏压对VC纳米薄膜摩擦学性能的影响

吉林大学学报（理学版） 2016年第4期54卷 883-886页

作者：徐强杨光敏秦宏宇白继鹏长春工程学院勘查与测绘工程学院长春130022 长春师范大学物理学院长春130032 吉林大学材料科学与工程学院长春130012

采用磁控溅射技术,通过改变衬底偏压在室温下制备系列VC薄膜,并考察衬底偏压对VC薄膜晶体结构、硬度及摩擦磨损性能的影响,建立相互间的内在联系.结果表明,随着衬底偏压的增高,薄膜的晶粒逐渐细化,薄膜硬度逐渐增大,耐磨损性能得到提高... 详细信息

采用磁控溅射技术,通过改变衬底偏压在室温下制备系列VC薄膜,并考察衬底偏压对VC薄膜晶体结构、硬度及摩擦磨损性能的影响,建立相互间的内在联系.结果表明,随着衬底偏压的增高,薄膜的晶粒逐渐细化,薄膜硬度逐渐增大,耐磨损性能得到提高,摩擦系数变化较小.

关键词：衬底偏压薄膜力学性能

pMOSFET中栅控产生电流的衬底偏压影响研究

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固体电子学研究与进展 2012年第1期32卷 10-13页

作者：陈海峰过立新杜慧敏西安邮电学院电子工程学院西安710121

研究了pMOSFET中栅控产生电流(GD)的衬底偏压特性。衬底施加负偏压后,GD电流峰值变小;衬底加正向偏压后,GD电流峰值增大。这归因于衬底偏压VB调制了MOSFET的栅控产生电流中最大产生率,并求出了衬底偏压作用系数为0.3。考虑VB对漏PN结的... 详细信息

研究了pMOSFET中栅控产生电流(GD)的衬底偏压特性。衬底施加负偏压后,GD电流峰值变小;衬底加正向偏压后,GD电流峰值增大。这归因于衬底偏压VB调制了MOSFET的栅控产生电流中最大产生率,并求出了衬底偏压作用系数为0.3。考虑VB对漏PN结的作用,建立了包含衬底偏压的产生电流模型。基于该模型的深入分析,很好地解释了衬底负偏压比衬底正偏压对产生电流的影响大的实验结果。

关键词：产生电流衬底偏压平带电压 p沟道金属氧化物半导体场效应晶体管

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衬底偏压对γ-′Fe_4N薄膜磁性的影响

吉林大学学报（理学版） 2008年第5期46卷 963-966页

作者：赵利军王丽丽宫杰郑伟涛长春大学理学院吉林长春130022 吉林大学材料科学与工程学院吉林长春130012

采用直流磁控溅射方法,以Ar/N2(N2/(Ar+N2)=10%)为放电气体,在Si(100)单晶衬底上获得了γ′-Fe4N薄膜样品.利用X射线衍射(XRD)和振动样品磁强计(VSM)研究衬底偏压对γ′-Fe4N薄膜样品的影响.结果表明,随着衬底负偏压的增大,γ′-Fe4N薄... 详细信息

采用直流磁控溅射方法,以Ar/N2(N2/(Ar+N2)=10%)为放电气体,在Si(100)单晶衬底上获得了γ′-Fe4N薄膜样品.利用X射线衍射(XRD)和振动样品磁强计(VSM)研究衬底偏压对γ′-Fe4N薄膜样品的影响.结果表明,随着衬底负偏压的增大,γ′-Fe4N薄膜样品的晶胞参数减小,Fe和N的化合效率与样品的致密度提高,表面缺陷减少,矫顽力降低.

关键词： γ'-Fe4N薄膜衬底偏压磁性